Старение головного мозга
Морфо-физиологические компоненты старения мозга. Структура мозга меняется в течение всей жизни. Онтогенетические исследования, проведенные с помощью магнито-резонансной томографии, показывают, что объем головного мозга и его вентрикулярная система с возрастом редуцируются. Потеря веса мозга в диапазоне от 60 до 90 лет выражается 35%-ной редукцией гиппокампа, 15%-ной - коры мозга и 25%-ной - белого вещества. Толщина кортикального слоя и субкортикальный объем могут меняться в течение одного года на 0,5 - 1,0%. Эти изменения сопровождаются деструкцией синаптических узлов и уменьшением нейрональных контактов.
В «возрастном мозге» выявляются существенные изменения сосудистой системы. На макроскопическом уровне отмечается ослабление плотности микрососудов, ведущее к снижению микроциркуляторного кровотока и кислородного обеспечения ткани. Изменения в сосудистой стенке (ее утоньшение) сопровождаются сниженной экспрессией рецепторов нейротрофических и ростовых факторов, регуляторов роста и выживания клеточных систем. Потеря части миоцитов и уменьшение диаметра сосудов влечет ухудшение кислородной оксигенации. Все эти изменения не могут не отразиться на рабочем потенциале мозга и сопряжены с его повышенной уязвимостью к ишемическим и нейро-дегенеративным влияниям.
В то же время глиальные клетки в возрастном мозге проявляют тенденцию к увеличению, что ассоциируется с выраженной иммунореактивностью астроцитов и микроглиальных маркеров. Эти изменения могут интерпретироваться как проявления нейронального воспаления; по крайней мере, как активации микроглии, сопряженной с нейродегенерацией. Таким образом, микроглия в возрастном мозге сама по себе оказывается субъектом клеточного старения.
Все эти изменения определяют функциональный статус возрастного мозга, что выражается в ухудшенном контроле скорости реакций, реализации исполнительных процессов, уровней когнитивных функций и общего адаптивного потенциала. Возрастные изменения характеризуются прогрессирующим расстройством взаимосвязанных функций, включающих ощущение, память, распознавание, моторный контроль и эмоциональность. Принимается во внимание возможность снижения когнитивных функций за счет прогрессирующей утраты дифференцировки нервных клеток. В гистологическом материале возрастных особей (людей и приматов) выявлено уменьшение плотности дендритов пирамидальных клеток коры мозга.
Как демонстрируют нейрофизиологические исследования, в «возрастном» мозге обнаруживается уменьшение кортикального слоя, интегративного белого вещества, а также снижение дофаминергической активности и функциональный дисбаланс в сенсомоторном регионе, гиппокампе и затылочной зонах. В то же время отмечается компенсаторное увеличение активности структур переднего мозга, которое коррелирует с поведенческим статусом возрастного индивидуума. В условиях «обогащенной окружающей среды» (иначе говоря, «лучших условий жизнеобитания» - пищи, пространства, отсутствия агрессивных факторов, стимуляции позитивных эмоций) - происходит сохранение и улучшение синаптических взаимодействий в регионах мозга. Эти явления сопровождаются активацией синтеза медиаторов и сбалансированного соотношения глутамата и ГАМК в гиппокампе, а также дофамина и ацетилхолина в префронтальной коре в условиях «мягкого» стресса.
Старение мозга рассматривается как суммация дисбаланса систем химической регуляции клетки, прогрессирующего развития окислительного стресса и апоптоза, деструкции ядерной ДНК, которые приводят к накоплению функционально «негодных» нейрональных структур.
Последовательные этапы этого процесса и наиболее значимые звенья молекулярных и клеточных механизмов можно суммировать следующим образом.
Нарушение функции митохондрий, связанной с ослаблением антиоксидантных систем клеток, является исходной причиной развития старения. Дисфункция митохондрий провоцирует механизм апоптоза, т.е. программируемой смерти клеток, ведущей к гибели или ослаблению функций отдельных нейрональных популяций. Постепенно этот процесс захватывает все большее число структур и процессов в мозге и провоцирует уязвимость нейронов к повторному (хроническому) влиянию повреждающих факторов. По этому патохимическому принципу развертывается ишемическая патология мозга или нейродегенеративные процессы, связанные с формированием деменции Альцгеймеровского типа, паркинсонизма и других характерных возрастных заболеваний.
Клеточные и молекулярные маркеры «возрастного мозга» значительно отличаются в различных отделах мозга и типах нервных клеток (специфическая медиаторная «эргичность»), что свидетельствует об избирательной уязвимости определенных структур мозга к патогенным воздействиям. Одной из причин такой особости групп нейронов оказывается индукция клеточного цикла в зрелых клетках. В процессе старения и при развитии нейродегенеративных процессов гибель нейронов связана с расстройством механизмов, регулирующих деление клетки.
Часть нейронов, подверженных апоптозу, сохраняется благодаря процессу репарации поврежденной ДНК за счет специализированных биохимических реакций. Однако некоторые типы нейронов обладают свойством накопления нерепарируемых повреждений ДНК. Увеличение пула таких структур снижает физиологические способности мозга, уровень его пластичности и адаптационный потенциал в целом. Иными словами, в мозге, «засоренном» функционально недостаточными нейронами, создается ослабленный, дезорганизованный уровень регуляторных процессов. Для возрастного мозга характерны определенные компенсаторные перестройки, нивелирующие грубые нарушения синаптических процессов. Однако именно такой механизм сохранения функционально негодных структур (с нерепарированными молекулами ДНК и/или ослабленной аутофагией) является причиной развития когнитивной дисфункции.
Вопреки существовавшему много десятилетий тезису, что «нервные клетки не восстанавливаются», в структурах мозга идет постоянный процесс нейрогенеза - трансформации эндогенных стволовых клеток нервной системы в настоящие клетки специальной принадлежности - нейроны, астроциты и олигодендроциты. Их трансформация, миграция в определенные регионы мозга и пролиферация стимулируются многими воздействиями физиологической и патологической значимости (от гипоксии до инсульта, от пребывания организма в благоприятной среде до травмы мозга). С возрастом регулируемый ростовыми и нейротрофическими факторами нейрогенез ослабевает и соответственно снижается роль «заместительных» прогениторных клеток. Остается, однако, принципиальный на сегодняшний день вопрос о том, выполняют ли вновь образующиеся стволовые клетки роль «заплаток» (в местах повреждения или местах функционального напряжения) или эти трансформирующиеся прогениторы работают как «донаторы» физиологически активных веществ (тех же ростовых факторов и нейротрофинов), необходимых для поддержания функционального равновесия отдельных структур или регионов мозга.
Сопряженная «комбинация» молекулярно- клеточных процессов: окислительный стресс = апоптоз = репарация ДНК = аутофагия представляет единый, функционально подвижный комплекс процессов в работающих клетках любого типа. К структурам ЦНС, нейрональным, глиальным и другим клеткам это положение относится в наибольшей степени ввиду специфичности их предназначения и высокой функциональной значимости для регуляции местных и генерализованных адаптивных процессов. По мере старения организма в системе биохимических реакций происходят неизбежные сбивки, рассогласования, которые ослабляют регуляторный потенциал мозга в целом.
подробнее о старении мозга в:
статья «Клеточные и молекулярные принципы старения мозга» О.А. Гомазков, Научно-исследовательский институт биомедицинской химии им. В.Н. Ореховича РАМН, Москва (журнал «Успехи современной биологии» № 2, 2012) [читать];
статья «Старение головного мозга человека: морфофункциональные аспекты» А.В. Грибанов, Ю.С. Джос, И.Н. Дерябина, И.С. Депутат, Т.В. Емельянова; ФГБОУ ВО «Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова», Архангельск, Россия (журнал Неврологии и психиатрии, №1, 2017) [читать]
читайте также пост: КТ- и МР-картина «благополучно стареющего мозга» (на laesus-de-liro.livejournal.com) [ читать]
дополнительная информация:
книга «Научные основы качественного долголетия и антистарения» под редакцией А. Шарман, Ж. Жумадилов; Нью-Йорк, 2011 [читать]